D0I:10.13374/i.i8sn1001-t53.2011.08.006 第33卷第9期 北京科技大学学报 Vol 33 No 9 2011年9月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Sp2011 高磷赤铁矿非熔态分离提取 路朝晖1)高金涛)*李士琦)陈煜) 张颜庭)王玉刚) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，100083,2)新兴铸管（新疆）资源发展有限公司，新疆，830000 *通信作者，Email gjf07@163cam 摘要对湖北恩施的典型高磷赤铁矿样品进行了非熔态分离提取实验研究·矿样基础特性研究表明，该矿为典型鲕状高磷 赤铁矿，矿中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状态.据此采用高速气流磨技术，将其磨至平均粒度为2m的超细粒 度，观察发现铁元素与磷元素在各个超细矿旷粉颗粒中的含量分布不均匀，F6P化合物有所解离·进而采用流态化技术进行气 力分离，设计制造了流态化装置，对超细矿粉的流态化特征进行研究，结果表明超细铁矿粉的流态化特征与常规细粉不同·基 于富铁物料与富磷物料的密度差异，设计制造了气力分离装置，对超细高磷赤铁矿粉进行气力分离实验，初步实现了铁元素 和磷元素的分离· 关键词赤铁矿；磷：粒度；流态化：气体力学；分离 分类号TD922.4 Separation and extraction of a typical high phosphorus hem atite at the non m elt sta te IU Zhaohui),GAO Jin-tao.LI Shiqi,CHEN Yu,ZHANG Yan"ting,WANG Yu gang) 1)School ofMetallgical and Ecobgical Engneering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China 2)Xinxing Cast Pipe (Xinjiang)Co L.Xinjiang 830000 China Coresponding author gj070@163 con ABSTRACT Experiments were done to study the physical dissociation of phosphonus and iron elments in typical high phosphons hematite ore samples from the Enshi area ofHubeiProvince Chna The basic characteristics analyses of the ore samples show the ore is a typical oolitic hematite in which iron and phosphons elements are not in a chem ical combination state indicating that by the high- speed jetm ill technology the high phosphons hematite is finely ground to an average particle size of2m.It is found that the contents of iron and phosphons are not evenly distributed in the ultra-fine powders meaning that the effective dissociation of iron and phosphor us elements is ach ieved in the ore Then a fluidization device for pneumatic separation was designed and m anufactured to investigate the fuidization characteristics of the ultra-fine powders The result shows that the ultra-fme powders have different fluidization characteris- tics from the conventional particles and this provides basic parmeters for the pneumatic separation of iron and phosphonus Based on the different densities of Fe"rich or P-rich materials an expermental facility of pneum atic separation can be designed and manufac- tured and prelin imary make iron and phosphonus separated from the ultra-fine high phosphons hematite KEY W ORDS hematites phosphorus particle size fluidization:pneumatics separation 近年来，我国进口铁刊矿石已占钢铁工业用量的 (质量分数)，这些赤铁矿未能被有效地使用.根据 一半以上，铁矿资源已成为钢铁生产发展最大的制 我国钢铁企业现行的生产技术水平要求，赤铁矿中 约因素，然而，我国还有许多高磷赤铁矿资源，有待 磷质量分数低于0.%~0.%才具有合理的工业 于发展合理的开发利用技术-)，在我国的湖北、云 应用价值3].高磷赤铁矿的开发利用是国内外专 南、河南等地区拥有丰富的赤铁矿资源，然而因为这 家做了大量的工作而多年来悬而未解的难题，世界 些铁矿资源中磷含量非常高，有的甚至超过1.0% 各国都在进行试验研究，努力寻求新突破针对不 收稿日期：2010-09-16
第 33卷 第 9期 2011年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．9 Ｓｅｐ．2011 高磷赤铁矿非熔态分离提取 路朝晖 12） 高金涛 1）* 李士琦 1） 陈 煜 2） 张颜庭 1） 王玉刚 1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083；2） 新兴铸管 （新疆 ）资源发展有限公司新疆830000 * 通信作者Ｅ-ｍａｉｌ：ｇｊｔ070＠163．ｃｏｍ 摘 要 对湖北恩施的典型高磷赤铁矿样品进行了非熔态分离提取实验研究．矿样基础特性研究表明该矿为典型鲕状高磷 赤铁矿矿中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状态．据此采用高速气流磨技术将其磨至平均粒度为 2μｍ的超细粒 度观察发现铁元素与磷元素在各个超细矿粉颗粒中的含量分布不均匀Ｆｅ、Ｐ化合物有所解离．进而采用流态化技术进行气 力分离设计制造了流态化装置对超细矿粉的流态化特征进行研究结果表明超细铁矿粉的流态化特征与常规细粉不同．基 于富铁物料与富磷物料的密度差异设计制造了气力分离装置对超细高磷赤铁矿粉进行气力分离实验初步实现了铁元素 和磷元素的分离． 关键词 赤铁矿；磷；粒度；流态化；气体力学；分离 分类号 ＴＤ922 ＋．4 Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆａｔｙｐｉｃａｌｈｉｇｈ-ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｈｅｍａｔｉｔｅａｔｔｈｅｎｏｎ-ｍｅｌｔ ｓｔａｔｅ ＬＵＺｈａｏ-ｈｕｉ 12）ＧＡＯＪｉｎ-ｔａｏ 1）* ＬＩＳｈｉ-ｑｉ 1）ＣＨＥＮＹｕ 2）ＺＨＡＮＧＹａｎ-ｔｉｎｇ 1）ＷＡＮＧＹｕ-ｇａｎｇ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＸｉｎｘｉｎｇＣａｓｔＰｉｐｅ（Ｘｉｎｊｉａｎｇ） Ｃｏ．Ｌｔｄ．Ｘｉｎｊｉａｎｇ830000Ｃｈｉｎａ * Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒｇｊｔ070＠163．ｃｏｍ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｄｏｎｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄｉｒｏｎｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｙｐｉｃａｌｈｉｇｈ-ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｈｅｍａｔｉｔｅｏｒｅｓａｍｐｌｅｓｆｒｏｍｔｈｅＥｎｓｈｉａｒｅａｏｆＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｏｒｅｓａｍｐｌｅｓｓｈｏｗｔｈｅｏｒｅ ｉｓａｔｙｐｉｃａｌｏｏｌｉｔｉｃｈｅｍａｔｉｔｅｉｎｗｈｉｃｈｉｒｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｎｏｔｉｎａｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｔａｔｅｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｂｙｔｈｅｈｉｇｈ- ｓｐｅｅｄｊｅｔｍｉｌｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈｅｈｉｇｈ-ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｈｅｍａｔｉｔｅｉｓｆｉｎｅｌｙｇｒｏｕｎｄｔｏａｎａｖｅｒａｇｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆ2μｍ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆｉｒｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｒｅｎｏｔｅｖｅｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｐｏｗｄｅｒｓｍｅａｎｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒ- ｕｓｅｌｅｍｅｎｔｓｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅｏｒｅ．Ｔｈｅｎａｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｆｏｒｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｐｏｗｄｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｐｏｗｄｅｒｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ- ｔｉｃｓｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｔｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｔｈｅｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．Ｂａｓｅｄｏｎ ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆＦｅ-ｒｉｃｈｏｒＰ-ｒｉｃｈｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙｏｆｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃ- ｔｕｒｅｄａｎｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｍａｋｅｉｒｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｈｉｇｈ-ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｈｅｍａｔｉｔｅ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｈｅｍａｔｉｔｅ；ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ；ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ；ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ 收稿日期：2010--09--16 近年来我国进口铁矿石已占钢铁工业用量的 一半以上铁矿资源已成为钢铁生产发展最大的制 约因素．然而我国还有许多高磷赤铁矿资源有待 于发展合理的开发利用技术 ［1--2］．在我国的湖北、云 南、河南等地区拥有丰富的赤铁矿资源然而因为这 些铁矿资源中磷含量非常高有的甚至超过 1∙0％ （质量分数 ）这些赤铁矿未能被有效地使用．根据 我国钢铁企业现行的生产技术水平要求赤铁矿中 磷质量分数低于 0∙2％ ～0∙3％才具有合理的工业 应用价值 ［3--6］．高磷赤铁矿的开发利用是国内外专 家做了大量的工作而多年来悬而未解的难题世界 各国都在进行试验研究努力寻求新突破．针对不 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．09．006
,1054 北京科技大学学报 第33卷 同性质的高磷铁矿石，国内外进行了长期、深入的工 艺研究，目前，高磷铁矿石的降磷方法主要有选矿 方法、化学方法和微生物方法等，并在反浮选脱磷方 面取得了一些进展，总之，现有各种方法，无论是浮 选反浮选法还是磁选法，均存在铁、磷化合物解离不 充分、磨后矿粉粒度不均匀、铁精矿中铁品位富集有 限、脱磷率低以及分选效果不佳等缺点[-.本研 究是对我国广泛存在但却未能开发利用的高磷赤铁 75m 矿的合理利用所进行的工艺基础研究，对湖北恩施 Hp一赤铁矿；A磷灰石 某矿的典型高磷赤铁矿样品进行非熔态分离提取， 图1矿样的矿相显微照片（反光） Fig I M icmogmphs meflective)ofm inerlogical phases in the ore 1高磷赤铁矿基本特性研究 samples 1.1化学分析 2高磷赤铁矿FeP解离实验研究 高磷赤铁矿样品经机械破碎后按四分法取样， 于国家钢铁材料测试中心进行化验，取四个试样的 基于高磷赤铁矿的化学分析及矿相分析结果， 平均成分作为实验研究标准成分，由化学分析结果 可知矿中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状 可以看出：恩施地区高磷赤铁矿中的全铁(T℉e)质 态，若能进行超细磨，有望予以分离，据此提出若将 量分数为42.89%，元素磷的质量分数为0.86%，即 高磷赤铁矿细磨到一定程度，就有可能实现高磷赤 使磷元素与铁元素以化合物形式相结合，Fe和P的 铁矿中磷元素、铁元素的物理解离的推理设想 摩尔比为11折合质量比为56：31=1.8：1.0即矿 2.1常规细磨解离实验 石中与0.86%的P以化合物形态存在的Fe不超过 按GB/斤10322.7-2004/104701.1999对高 1.5%,至少还有41%以上的铁元素单独存在，从而 磷赤铁矿进行机械破碎、逐级筛分，分别获得了 指出有可能以物理方法予以分离 0.125~0.154mm(100~120目)、0.105 1.2矿相分析 0.125mm(120~140目)、0.098~0.105mm 为确定恩施地区高磷赤铁矿中F6P化合物的 (140~160目、0.090~0.098mm(160180目人、 组成及结构，使用DMRX大型偏光显微镜和Q500 0.074~0.090mm(180~200目)和<0.074mm 图像分析仪，对其进行定性和定量的微观观察分析， (200目)各粒度级高磷赤铁矿粉颗粒， 矿相显微结构如图1所示.由图1可以看出：该矿 使用扫描电镜、能谱分析对0.0740.154mm 为典型鲕状赤铁矿；磷灰石非均匀分布在鲕状赤铁 的常规细粒度高磷赤铁矿粉颗粒中铁元素、磷元素 矿晶粒之间，铁元素与磷元素之间并未全部处于化 含量进行测定，以探究磷、铁化合物的解离情况 学结合状态，为高磷赤铁矿中铁、磷元素的物理解离 0.0740.154mm粒度区间各矿粉颗粒中铁、磷元 提供了依据 素的含量如图2所示， 100 80 60 ·。42.8%。 20 p Fe 0,859%. 0.125- 0.105 0.098- 0.090- 0.074- <0.074mm 0.154mm0.125mm0.105mm0.098m 0.090nim 不同粒级矿粉颗粒 图20.074~-0.154mm粒度区间不同矿粉颗粒中铁、磷元素含量 Fig 2 Contents of irn and phosphoms elments of different particles wihn the particle size range of0.074 to0.154mm
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 同性质的高磷铁矿石国内外进行了长期、深入的工 艺研究．目前高磷铁矿石的降磷方法主要有选矿 方法、化学方法和微生物方法等并在反浮选脱磷方 面取得了一些进展．总之现有各种方法无论是浮 选反浮选法还是磁选法均存在铁、磷化合物解离不 充分、磨后矿粉粒度不均匀、铁精矿中铁品位富集有 限、脱磷率低以及分选效果不佳等缺点 ［7--10］．本研 究是对我国广泛存在但却未能开发利用的高磷赤铁 矿的合理利用所进行的工艺基础研究对湖北恩施 某矿的典型高磷赤铁矿样品进行非熔态分离提取． 1 高磷赤铁矿基本特性研究 1∙1 化学分析 高磷赤铁矿样品经机械破碎后按四分法取样 于国家钢铁材料测试中心进行化验取四个试样的 平均成分作为实验研究标准成分．由化学分析结果 可以看出：恩施地区高磷赤铁矿中的全铁 （ＴＦｅ）质 量分数为 42∙8％元素磷的质量分数为 0∙86％即 使磷元素与铁元素以化合物形式相结合Ｆｅ和 Ｐ的 摩尔比为 1∶1折合质量比为 56∶31＝1∙8∶1∙0；即矿 石中与 0∙86％的 Ｐ以化合物形态存在的 Ｆｅ不超过 1∙5％至少还有 41％以上的铁元素单独存在从而 指出有可能以物理方法予以分离． 图 2 0∙074～0∙154ｍｍ粒度区间不同矿粉颗粒中铁、磷元素含量 Ｆｉｇ．2 Ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｉｒｏｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｒａｎｇｅｏｆ0∙074ｔｏ0∙154ｍｍ 1∙2 矿相分析 为确定恩施地区高磷赤铁矿中 Ｆｅ、Ｐ化合物的 组成及结构使用 ＤＭＲＸ大型偏光显微镜和 Ｑ500 图像分析仪对其进行定性和定量的微观观察分析 矿相显微结构如图 1所示．由图 1可以看出：该矿 为典型鲕状赤铁矿；磷灰石非均匀分布在鲕状赤铁 矿晶粒之间铁元素与磷元素之间并未全部处于化 学结合状态为高磷赤铁矿中铁、磷元素的物理解离 提供了依据． Ｈｐ－赤铁矿；Ａ－磷灰石 图 1 矿样的矿相显微照片 （反光 ） Ｆｉｇ．1 Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ） ｏｆｍｉｎｅｒａｌｏｇｉｃａｌｐｈａｓｅｓｉｎｔｈｅｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ 2 高磷赤铁矿 Ｆｅ、Ｐ解离实验研究 基于高磷赤铁矿的化学分析及矿相分析结果 可知矿中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状 态若能进行超细磨有望予以分离．据此提出若将 高磷赤铁矿细磨到一定程度就有可能实现高磷赤 铁矿中磷元素、铁元素的物理解离的推理设想． 2∙1 常规细磨解离实验 按 ＧＢ／Ｔ10322∙7－2004／ＩＳＯ4701：1999对高 磷赤铁矿进行机械破碎、逐级筛分分别获得了 0∙125～0∙154ｍｍ （100 ～120 目 ）、0∙105～ 0∙125ｍｍ （120 ～140 目 ）、0∙098 ～0∙105ｍｍ （140～160目 ）、0∙090～0∙098ｍｍ （160～180目 ）、 0∙074～0∙090ｍｍ （180～200目 ）和 ＜0∙074ｍｍ （200目 ）各粒度级高磷赤铁矿粉颗粒． 使用扫描电镜、能谱分析对 0∙074～0∙154ｍｍ 的常规细粒度高磷赤铁矿粉颗粒中铁元素、磷元素 含量进行测定以探究磷、铁化合物的解离情况． 0∙074～0∙154ｍｍ粒度区间各矿粉颗粒中铁、磷元 素的含量如图 2所示． ·1054·
第9期 路朝晖等：高磷赤铁矿非熔态分离提取 .1055. 由扫描电镜、能谱分析结果可以看出：0.074~ 16 0.154mm粒度区间矿粉颗粒中铁元素与磷元素的 42.8% 4 含量分布比较均匀，未实现F6P化合物的有效解 离；粒径1000 (2) 10P 10 10P 粒度m :11349 +0.0414g(g-9】 33.7μ d 图3超细磨后赤铁矿粉的粒度分布情况 (3) Fig 3 Particle size distrbution of hematite ores after ultra-fine grind- ing 式中，为临界流化气速，d为颗粒直径，。、分别 为颗粒与气体密度，“为气体黏度，R6为临界雷诺 使用扫描电镜、能谱分析对超细高磷赤铁矿粉 颗粒中铁元素、磷元素的含量进行测定，超细矿粉 数，Re- 颗粒中铁、磷元素的含量分布情况如图4所示，由 3.1.2颗粒终端速度 图4可以直观看出：采用高速气流磨方法获得的超 颗粒的终端速度山，又称最大流化速度（或悬 细矿粉颗粒中，铁元素和磷元素在各个颗粒中的含 浮速度)，高于此速度，将进入气力输送状态，颗粒 量分布并不均匀，F6P化合物有所解离，为下一步 物料将被带出流化床层，流态化操作将难以维持.不同 实现高品位富铁物质和富磷物质的分别富集并获得 的雷诺数范围内颗粒的采用不同的公式计算： 富铁物质和富磷物质提供了依据 dgce 3高磷赤铁矿粉流态化实验研究 18μ L,R6<0.4 (4) 为了将初步解离的富铁物质与富磷物质进一步 4 4g(g-g)的 225Pμ d0.4<Ra<500(5) 地分离和分别富集，设计和制作了流化床装置，对超 3.1dg(- 细高磷赤铁矿粉的流动规律、流化床本体以及流态 500R6200000 化的参数进行相应的研究，为高磷赤铁矿粉的气力 (6) 分离提供工艺参数 式中，d为颗粒的平均粒径，Re为终端雷诺数. 3.1理论计算 3.1.1颗粒临界流化速度 将R2=1.14kgm3、八2=1.8X105Pas和 临界流化速度山是床层开始流化时的气体速 &=5300kgm3(其中R,和，分别为氨气密度和 度，低于该流速时床层无法实现流态化，对于临界 黏度、为铁矿密度)等已知条件带入前述计算公
第 9期 路朝晖等： 高磷赤铁矿非熔态分离提取 由扫描电镜、能谱分析结果可以看出：0∙074～ 0∙154ｍｍ粒度区间矿粉颗粒中铁元素与磷元素的 含量分布比较均匀未实现 Ｆｅ、Ｐ化合物的有效解 离；粒径 ＜0∙074ｍｍ的矿粉颗粒初步实现了 Ｆｅ、Ｐ 化合物的适当解离． 2∙2 超细磨解离实验 鉴于上述机械破碎获得的 0∙074～0∙154ｍｍ常 规细粒度矿粉颗粒并未实现 Ｆｅ、Ｐ化合物的有效解 离本 研 究 采 用 高 速 气 流 磨 技 术将 0∙074～ 0∙154ｍｍ粒度的矿粉磨至超细粒度激光衍射散射 粒度分布测定情况如图 3所示．可以看出：超细矿 粉颗粒平均粒径为 2μｍ粒径分布范围为10 2～ 10 4ｎｍ． 图 3 超细磨后赤铁矿粉的粒度分布情况 Ｆｉｇ．3 Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈｅｍａｔｉｔｅｏｒｅｓａｆｔｅｒｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｇｒｉｎｄ- ｉｎｇ 使用扫描电镜、能谱分析对超细高磷赤铁矿粉 颗粒中铁元素、磷元素的含量进行测定．超细矿粉 颗粒中铁、磷元素的含量分布情况如图 4所示．由 图 4可以直观看出：采用高速气流磨方法获得的超 细矿粉颗粒中铁元素和磷元素在各个颗粒中的含 量分布并不均匀Ｆｅ、Ｐ化合物有所解离为下一步 实现高品位富铁物质和富磷物质的分别富集并获得 富铁物质和富磷物质提供了依据． 3 高磷赤铁矿粉流态化实验研究 为了将初步解离的富铁物质与富磷物质进一步 地分离和分别富集设计和制作了流化床装置对超 细高磷赤铁矿粉的流动规律、流化床本体以及流态 化的参数进行相应的研究为高磷赤铁矿粉的气力 分离提供工艺参数． 3∙1 理论计算 3∙1∙1 颗粒临界流化速度 临界流化速度 ｕｍｆ是床层开始流化时的气体速 度低于该流速时床层无法实现流态化．对于临界 图 4 超细矿粉颗粒 Ｆｅ、Ｐ元素的含量分布 Ｆｉｇ．4 ＣｏｎｔｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＦｅＰｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｐａｒｔｉ- ｃｌｅｓ 流化速度 ｕｍｆ有许多的实际测定和分析研究并建 立了许多关系式： ｕｍｆ＝ ｄ 2 ｐｇ（ρｐ－ρｇ） 1650μ Ｒｅｍｆ＜20 （1） ｕｍｆ＝ ｄｐｇ（ρｐ－ρｇ） 24∙5ρｇ 1 2 Ｒｅｍｆ＞1000 （2） ｕｍｆ＝ 1136 μ ｄｐρｇ 2 ＋0∙041 ｄｐｇ（ρｐ－ρｇ） ρｇ 1 2 － 33∙7μ ｄｐρｇ （3） 式中ｕｍｆ为临界流化气速ｄｐ为颗粒直径ρｐ、ρｇ分别 为颗粒与气体密度μ为气体黏度Ｒｅｍｆ为临界雷诺 数Ｒｅ＝ ρｖｄ μ ． 3∙1∙2 颗粒终端速度 颗粒的终端速度 ｕｔ又称最大流化速度 （或悬 浮速度 ）高于此速度将进入气力输送状态颗粒 物料将被带出流化床层流态化操作将难以维持．不同 的雷诺数范围内颗粒的 ｕｔ采用不同的公式计算： ｕｔ＝ ｄ 2ｇ（ρｐ－ρｆ） 18μ Ｒｅｔ＜0∙4 （4） ｕｔ＝ 4ｇ 2 （ρｐ－ρｆ） 2 225ρｆμ 1 3 ｄ0∙4＜Ｒｅｔ＜500 （5） ｕｔ＝ 3∙1ｄ 2ｇ（ρｐ－ρｆ） ρｆ 1 2 500＜Ｒｅｔ＜200000 （6） 式中ｄ为颗粒的平均粒径Ｒｅｔ为终端雷诺数． 将 ρＮ2 ＝1∙14ｋｇ·ｍ －3、μＮ2 ＝1∙8×10 －5 Ｐａ·ｓ和 ρ矿 ＝5300ｋｇ·ｍ －3 （其中 ρＮ2和 μＮ2分别为氮气密度和 黏度、ρ矿为铁矿密度 ）等已知条件带入前述计算公 ·1055·
,1056, 北京科技大学学报 第33卷 式得到各粒级高磷赤铁矿粉颗粒的理论临界流化速 3.2.3各粒度级高磷赤铁矿粉的流化特性 度及终端速度（见表1） (1)常规细粒度高磷赤铁矿粉颗粒，首先对 表1各粒级高磷赤铁矿粉颗粒的理论临界流化速度及终端速度 0.1540.074mm(100~200目)各粒度级矿粉颗 Table 1 Critical fhidization velocity and tem inal flidization velocity of 粒分别进行流态化实验，可以看出，在该粒度级区 iron one powders with different particle sizes 间能实现稳定的流态化状态，其流化过程为固定床 粒径/ →开始流化（伴随局部液面涌动）→完全稳定流化 mm (ms)(m,g1) Re Re区间 (伴随剧烈涌动) 0.154 0.042 2.05 37.86 以0.125~0.154mm矿粉颗粒为例，其流化过 0.125 0.027 1.66 20.25 程的气速压降曲线如图6所示，可以看出，常规细 0.105 0.019 1.40 12.00 0.4-500 粒度矿粉颗粒的临界流化速度实验测量值与理论计 0.098 0.017 1.30 9.76 算值相符.实测值与计算值对比情况列于表2 0.090 0.014 1.20 7.56 0.027m4- 0.074 0.010 0.99 4.20 600 0.042m.s1 0.002 1.09×10-59.99×10-41.60×10-4 0.4 H=l4mm上行 500 H=l4mm下行 理论流化速度上限 3.2实验装置及方法 900 理论流化速度 3.2.1实验装置 叶 设计并制作高磷赤铁矿粉冷态流态化实验装置 200F hmum桃ut行口a 如图5所示，主要由流化床装置、流量计和气体分布 器构成，考虑到小尺寸下流化床测量精度要求较高 100 而气量较小，流化气体由气瓶提供.由减压阀出来 060.020.040.060.080.100.120.140.160.18 的气体经过流量计，经由气体分布器均匀分布后进 流速m,s 入床内，经颗粒床层后放空， 图60.125~0.154mm矿粉颗粒气速压降曲线 Fig6 Vebeity pressure dmop curves of imn ore powders w ith partick sizes of0.125 to 0.154mm 表2常规细粒级矿旷粉颗粒临界流化速度实测值与计算值对比 Tabl 2 Camparison bebveen measured and calulated vahes of critical fhidization velocity for the conventional particles 粒度mm 实测值(m·1)计算值(m·1) 0.125-0.154 0.036 0.027-0.042 0.105-0.125 0.023 0.019-0.027 0.098-0.105 0.019 0.017-0.019 0.090-0.098 0.016 0.014-0.017 1一气瓶：2-减压阀：3一流量计：一预分布气室：一气体分布 0.074-0.090 0.012 0.010-0.014 板：6一床层；7一压力计 图5流态化冷态实验装置示意图 Fig 5 Schematic diagram of cold fudized expermental appamtus (2)超细高磷赤铁矿粉颗粒，对平均粒度为 2m的超细高磷赤铁矿粉颗粒进行流态化实验研 3.2.2实验方法 究，其流态化特征与0.074~0.154mm(100~ 实验前，先测量气流分布板压降，在空床条件 200目)的赤铁矿粉颗粒流态化特征不同，流化过 下，每增加0.00085m·s(0.1Lmn1)记录一次 程为：在低气速时，矿粉颗粒床层首先出现沟流；气 压降数据，作为相应气速下的分布板压降.床层压 速增加，沟流加剧，有时形成节涌；气速达到一个远 降为相同气速下实验压降与分布板压降差 超过理论初始流化速度的临界值（崩裂速度），床层 实验中，将10~50g矿粉装入流化床，逐渐增大 突然分裂成许多小的聚团体，这些小的聚团体和细 气速至流态化，每增加0.00085m·s记录一次压降 小颗粒呈现出较为均匀的流化状态，也就是说，随 数据，作为床层升速压降数据：由流态化状态逐渐降 着气速的逐渐增大，流化状态经历了沟流、节涌、崩 低气速至零，用相同的方法记录降速压降数据 裂和聚团流化四个阶段
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 式得到各粒级高磷赤铁矿粉颗粒的理论临界流化速 度及终端速度 （见表 1）． 表 1 各粒级高磷赤铁矿粉颗粒的理论临界流化速度及终端速度 Ｔａｂｌｅ1 Ｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｅｒｍｉｎａｌｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆ ｉｒｏｎｏｒｅｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓ 粒径／ ｍｍ ｕｍｆ／ （ｍ·ｓ－1） ｕｔ／ （ｍ·ｓ－1） Ｒｅ Ｒｅ区间 0∙154 0∙042 2∙05 37∙86 0∙125 0∙027 1∙66 20∙25 0∙105 0∙019 1∙40 12∙00 0∙4～500 0∙098 0∙017 1∙30 9∙76 0∙090 0∙014 1∙20 7∙56 0∙074 0∙010 0∙99 4∙20 0∙002 1∙09×10－5 9∙99×10－4 1∙60×10－4 ＜0∙4 3∙2 实验装置及方法 3∙2∙1 实验装置 设计并制作高磷赤铁矿粉冷态流态化实验装置 如图 5所示主要由流化床装置、流量计和气体分布 器构成．考虑到小尺寸下流化床测量精度要求较高 而气量较小流化气体由气瓶提供．由减压阀出来 的气体经过流量计经由气体分布器均匀分布后进 入床内经颗粒床层后放空． 1－气瓶；2－减压阀；3－流量计；4－预分布气室；5－气体分布 板；6－床层；7－压力计 图 5 流态化冷态实验装置示意图 Ｆｉｇ．5 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｌｄｆｌｕｉｄｉｚｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｐｐａｒａｔｕｓ 3∙2∙2 实验方法 实验前先测量气流分布板压降在空床条件 下每增加 0∙00085ｍ·ｓ －1 （0∙1Ｌ·ｍｉｎ －1 ）记录一次 压降数据作为相应气速下的分布板压降．床层压 降为相同气速下实验压降与分布板压降差． 实验中将10～50ｇ矿粉装入流化床逐渐增大 气速至流态化每增加0∙00085ｍ·ｓ －1记录一次压降 数据作为床层升速压降数据；由流态化状态逐渐降 低气速至零用相同的方法记录降速压降数据． 3∙2∙3 各粒度级高磷赤铁矿粉的流化特性 （1）常规细粒度高磷赤铁矿粉颗粒．首先对 0∙154～0∙074ｍｍ （100～200目 ）各粒度级矿粉颗 粒分别进行流态化实验．可以看出在该粒度级区 间能实现稳定的流态化状态其流化过程为固定床 →开始流化 （伴随局部液面涌动 ）→完全稳定流化 （伴随剧烈涌动 ）． 以 0∙125～0∙154ｍｍ矿粉颗粒为例其流化过 程的气速--压降曲线如图 6所示．可以看出常规细 粒度矿粉颗粒的临界流化速度实验测量值与理论计 算值相符．实测值与计算值对比情况列于表 2． 图 6 0∙125～0∙154ｍｍ矿粉颗粒气速--压降曲线 Ｆｉｇ．6 Ｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｃｕｒｖｅｓｏｆｉｒｏｎｏｒｅｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓｏｆ0∙125ｔｏ0∙154ｍｍ 表 2 常规细粒级矿粉颗粒临界流化速度实测值与计算值对比 Ｔａｂｌｅ2 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｃｒｉｔｉｃａｌ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｆｏｒｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓ 粒度／ｍｍ 实测值／（ｍ·ｓ－1） 计算值／（ｍ·ｓ－1） 0∙125～0∙154 0∙036 0∙027～0∙042 0∙105～0∙125 0∙023 0∙019～0∙027 0∙098～0∙105 0∙019 0∙017～0∙019 0∙090～0∙098 0∙016 0∙014～0∙017 0∙074～0∙090 0∙012 0∙010～0∙014 （2）超细高磷赤铁矿粉颗粒．对平均粒度为 2μｍ的超细高磷赤铁矿粉颗粒进行流态化实验研 究其 流 态 化 特 征 与 0∙074～0∙154ｍｍ （100～ 200目 ）的赤铁矿粉颗粒流态化特征不同．流化过 程为：在低气速时矿粉颗粒床层首先出现沟流；气 速增加沟流加剧有时形成节涌；气速达到一个远 超过理论初始流化速度的临界值 （崩裂速度 ）床层 突然分裂成许多小的聚团体这些小的聚团体和细 小颗粒呈现出较为均匀的流化状态．也就是说随 着气速的逐渐增大流化状态经历了沟流、节涌、崩 裂和聚团流化四个阶段． ·1056·
第9期 路朝晖等：高磷赤铁矿非熔态分离提取 .1057. 超细高磷赤铁矿粉颗粒流化过程的气速压降 FeP气力分离实验装置，如图8所示，分选气体由 曲线如图7所示，其理论临界流化速度与崩裂速度 瓶装氨气提供，气体携带矿粉沿切线方向进入分离 情况列于表3 装置，综合考虑流化设备尺寸、流体和矿粉颗粒的 800r 基本物性，调节流体流速，使其大于富P颗粒的悬 700 浮终端速度而介于富Fe颗粒的临界流化速度和悬 600 浮终端速度之间，使得较轻富P颗粒失去流化状 1.09x105m-8 500 态，达到气力输送状态，进而被带出分离装置沿切线 0.014m.51 方向进入收集装置；而较重富F颗粒继续在分离装 400 置内保持流态化状态，不被带出，最终实现FeP颗 300 -=25mm上行 /=25mm下行 粒的分离以及分别富集 200 一理论流化速度上限 100 一理论流化速度 00.020.040.060.080.100.120.140.160.18 流速fm.s 收集装置 图7超细粉颗粒气速压降曲线 Fig 7 Vebcity pressure dmop curves of the ultma-fine ore particles 分离装置 富物料 表3超细矿的理论临界流化速度与崩裂速度的对比情况 Table 3 Camnparison between the calculated eritical fluidization velcity and crack velocity of the ultra-fme particles 矿粉平均 理论临界流化 崩裂速度/ 粒度：m 速度上限(ms1) (mg1) 图8高磷赤铁矿F:P气力分离实验装置 2 Fig8 Expermental facility for pneumatic separation of Fe and P in 1.09×10-5 0.132 the high phosphons hemnatite 4高磷赤铁矿FeP气力分离实验研究 鉴于前述扫描电镜、能谱分析的结果，平均粒度 为2m的超细高磷赤铁矿粉中FeP的化合物的解 富铁物料与富磷物料的密度不同，赤铁矿 离程度较好，且矿粉颗粒粒度比较均匀，因此对其进 (F03)的密度为4.90~5.30g°am3,而磷灰石 行气力分离实验研究 (C[P04]3(F0H)的密度为3.16~3.22g 为实现F。P化合物的气力分离，气体流速应 -3.经流态化实验得到各粒度级高磷赤铁矿粉的 控制在大于磷灰石的悬浮终端速度而介于FO的 流态化临界速度和气力输送速度，依此，在流态化 临界流化速度和悬浮终端速度之间，考虑到超细矿 实验基础上设计和制作实验室规模的小型高磷赤铁 粉颗粒流化过程的崩裂速度远大于磷灰石及FO3 矿F6P气力分离实验装置，对超细高磷赤铁矿粉 理论临界流化速度，因此设计分选气体流速在崩裂 进行气力分离实验 速度以上，以在实现矿粉颗粒彻底流化的基础上来 4.1气力分离实验装置 进行该粒度级矿粉颗粒的气力分离，分离速度控制 在流化床装置的基础上，设计了高磷赤铁矿中 在0.1274~0.1699m·s,如表4所示. 表4超细高磷赤铁矿粉颗粒气力分离实验参数设计 Table 4 Operating parmeters for pneumatic separtion of the ultra-fne high phosphons henatite (ms) 理论临界流化速度上限 理论终端速度上限 矿粉崩裂速度 气力分离气体流速的选择 磷灰石 Fe203 磷灰石 Ff203 6.49×10-6 1.09×10-5 5.95×10-4 9.99×10-4 0.132 0.1274-0.1699 4.2实验结果及分析 度为2“m的超细高磷赤铁矿粉在分选气体流速为 对每次气力分离实验在分离装置和收集装置中 0.1274~0.1699m·s时，通过气力分离可分别获 收集的矿粉按照四分法进行取样，于国家钢铁材料 得质量分数0.7%P45%Fe左右的富铁物料，其 测试中心进行化验，结果如图9所示.由超细高磷 中P品位降低了18.6%，Fe品位提高了5.1%；同 赤铁矿粉气力分离实验结果分析可以看出：平均粒 时获得了质量分数1.0%P、40%Fe左右的富磷物
第 9期 路朝晖等： 高磷赤铁矿非熔态分离提取 超细高磷赤铁矿粉颗粒流化过程的气速 －压降 曲线如图 7所示其理论临界流化速度与崩裂速度 情况列于表 3． 图 7 超细矿粉颗粒气速--压降曲线 Ｆｉｇ．7 Ｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｏｒｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ 表 3 超细矿的理论临界流化速度与崩裂速度的对比情况 Ｔａｂｌｅ3 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄｃｒａｃｋｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ 矿粉平均 粒度／μｍ 理论临界流化 速度上限／（ｍ·ｓ－1） 崩裂速度／ （ｍ·ｓ－1） 2 1∙09×10－5 0∙132 4 高磷赤铁矿 Ｆｅ、Ｐ气力分离实验研究 富铁物 料 与 富 磷 物 料 的 密 度 不 同赤 铁 矿 （Ｆｅ2Ｏ3）的密度为 4∙90～5∙30ｇ·ｃｍ －3而磷灰石 （Ｃａ5 ［ＰＯ4 ］3 （ＦＯＨ））的 密 度 为 3∙16～3∙22ｇ· ｃｍ －3．经流态化实验得到各粒度级高磷赤铁矿粉的 流态化临界速度和气力输送速度．依此在流态化 实验基础上设计和制作实验室规模的小型高磷赤铁 矿 Ｆｅ、Ｐ气力分离实验装置对超细高磷赤铁矿粉 进行气力分离实验． 4∙1 气力分离实验装置 在流化床装置的基础上设计了高磷赤铁矿中 Ｆｅ、Ｐ气力分离实验装置如图 8所示．分选气体由 瓶装氮气提供气体携带矿粉沿切线方向进入分离 装置．综合考虑流化设备尺寸、流体和矿粉颗粒的 基本物性调节流体流速使其大于富 Ｐ颗粒的悬 浮终端速度而介于富 Ｆｅ颗粒的临界流化速度和悬 浮终端速度之间使得较轻富 Ｐ颗粒失去流化状 态达到气力输送状态进而被带出分离装置沿切线 方向进入收集装置；而较重富 Ｆｅ颗粒继续在分离装 置内保持流态化状态不被带出最终实现 Ｆｅ、Ｐ颗 粒的分离以及分别富集． 图 8 高磷赤铁矿 Ｆｅ、Ｐ气力分离实验装置 Ｆｉｇ．8 ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙｆｏｒｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＦｅａｎｄＰｉｎ ｔｈｅｈｉｇｈ-ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｈｅｍａｔｉｔｅ 鉴于前述扫描电镜、能谱分析的结果平均粒度 为 2μｍ的超细高磷赤铁矿粉中 Ｆｅ、Ｐ的化合物的解 离程度较好且矿粉颗粒粒度比较均匀因此对其进 行气力分离实验研究． 为实现 Ｆｅ、Ｐ化合物的气力分离气体流速应 控制在大于磷灰石的悬浮终端速度而介于 Ｆｅ2Ｏ3的 临界流化速度和悬浮终端速度之间．考虑到超细矿 粉颗粒流化过程的崩裂速度远大于磷灰石及 Ｆｅ2Ｏ3 理论临界流化速度因此设计分选气体流速在崩裂 速度以上以在实现矿粉颗粒彻底流化的基础上来 进行该粒度级矿粉颗粒的气力分离分离速度控制 在 0∙1274～0∙1699ｍ·ｓ －1如表 4所示． 表 4 超细高磷赤铁矿粉颗粒气力分离实验参数设计 Ｔａｂｌｅ4 Ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ-ｆｉｎｅｈｉｇｈ-ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｈｅｍａｔｉｔｅ （ｍ·ｓ－1） 理论临界流化速度上限 理论终端速度上限 磷灰石 Ｆｅ2Ｏ3 磷灰石 Ｆｅ2Ｏ3 矿粉崩裂速度 气力分离气体流速的选择 6∙49×10－6 1∙09×10－5 5∙95×10－4 9∙99×10－4 0∙132 0∙1274～0∙1699 4∙2 实验结果及分析 对每次气力分离实验在分离装置和收集装置中 收集的矿粉按照四分法进行取样于国家钢铁材料 测试中心进行化验结果如图 9所示．由超细高磷 赤铁矿粉气力分离实验结果分析可以看出：平均粒 度为 2μｍ的超细高磷赤铁矿粉在分选气体流速为 0∙1274～0∙1699ｍ·ｓ －1时通过气力分离可分别获 得质量分数 0∙7％ Ｐ、45％ Ｆｅ左右的富铁物料其 中 Ｐ品位降低了 18∙6％Ｆｅ品位提高了 5∙1％；同 时获得了质量分数 1∙0％ Ｐ、40％ Ｆｅ左右的富磷物 ·1057·
,1058 北京科技大学学报 第33卷 料，其中P品位提高了16.%，Fe品位降低了 Fε品位有所提高、P含量有所降低，而富磷物料中P 6.%.初步实现了高磷赤铁矿中铁元素和磷元素 含量有所提高、Fe品位有所降低，初步实现了高磷 的分离 赤铁矿中铁元素和磷元素的分离， 45 参考文献 。-分选时间30min [1]Wang H Y.The mnpact of the imn ore resoures on China's imon ·分选时间60min and steel ndustry and counte measures Foreign MetM ine 2002 -分选时间90min …初始Fe质量分数 27(5):6 …初始P质量分数 (王亨炎.浅谈铁矿石资源对我国钢铁工业的影响及对策，国 0.9 0.7 外金属矿山，200227(5)：6) [2]China Imon and Stcel Statistics Beijing Chna Iron Stcel Asso- 图0.3 0 ciation 2006 (中国钢铁统计.北京：中国钢铁工业协会，2006) 吹出 剩余 取样位置 [3]Wen Q Study on Dephosphorization and Iron Incrase of Oolitic Henatite [D issertation Wuhan W uhan University of Technolo- 图9超细高磷赤铁矿粉F:P气力分离实验结果 即2006,10 Fig 9 Pneumatic separation mesults of Fe and P in he high phos (文勤.鲕状赤铁矿提铁降磷工艺研究[学位论文】武汉：武 汉理工大学，2006：10) [4]Wang X L Imon and StcelMetallurgy:Imormaking Part Beijng 5结论 Metallrgical Industry Press 2000.80 (任筱留。钢铁治金学：炼铁部分。北京：治金工业出版社， (1)化学分析、矿相分析及扫描电镜、能谱分析 2000.80) 结果表明，湖北恩施某矿为典型鲕状高磷赤铁矿，矿 [5]Fang J Hao S J LiZG.etal The Nonblast Fumace Irommak- 中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状态，因 ing Pmcess and Theory Beijng Metallugical Industry Press 2002 而有可能以物理方法予以分离， (方觉，郝素菊，李振国，等.非高炉炼铁工艺与理论·北京：冶 (2)采用高速气流磨方法将0.074~0.154mm 金工业出版社，2002) (100~200目)粒度的细矿粉磨至平均粒度为2“m [6]Huang X H.Iron and SteelMetallurgy Principks Beijing Metal 的超细粒度，粒径分布范围为10~10m由扫描 lgical Industry Press 1981,47 电镜、能谱分析发现，铁元素与磷元素在各个超细矿 (黄希枯.钢铁冶金原理.北京：冶金工业出版社，1981：47) 粉颗粒中的含量分布并不均匀，表明实现了FeP [7]Sawa Y.Yanamoto T.Takeda K.et al New coalbased pmocess to produce high quality DRI for the EAF SI Int 2001.41 Sup- 化合物的有效解离，而常规细矿粉未实现矿中F®P pI):S17. 的有效解离 [8]Nagata K.Kojina R.MumakamiT et al Mechaniams of pig-iron (3)设计并制作了流化床装置，对超细高磷赤 making fromn magnetite ore pellets containing coal at bw apera- 铁矿粉的流态化特征进行研究，其流态化特征与常 umS0hmt2001,41(11):1316 规细粒度矿粉不同，经历了“沟流→有时形成节 [9]Goswam iM C In terrelation behveen kinetics of reduction and vol- ume change during fomation of directly reduced imon Steel Res 涌→崩裂（崩裂速度远超过理论初始流化速度临界 1997,68(12):507 值→聚团流化四个阶段 [10]YoussefM A.MorsiM B Reduction moast and magnetic separa (4)设计制造了气力分离实验装置，对超细高 tion of oxidized imn ores for he pmoduetion of blast fumace feed 磷赤铁矿粉进行气力分离实验，获得的富铁物料中 Can MetallQ 1998 37(5):419
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 料其中 Ｐ品位提高了 16∙3％Ｆｅ品位降低了 6∙5％．初步实现了高磷赤铁矿中铁元素和磷元素 的分离． 图 9 超细高磷赤铁矿粉 Ｆｅ、Ｐ气力分离实验结果 Ｆｉｇ．9 ＰｎｅｕｍａｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＦｅａｎｄＰｉｎｔｈｅｈｉｇｈ-ｐｈｏｓ- ｐｈｏｒｕｓｈｅｍａｔｉｔｅ 5 结论 （1）化学分析、矿相分析及扫描电镜、能谱分析 结果表明湖北恩施某矿为典型鲕状高磷赤铁矿矿 中铁元素与磷元素之间并未处于化学结合状态因 而有可能以物理方法予以分离． （2）采用高速气流磨方法将 0∙074～0∙154ｍｍ （100～200目 ）粒度的细矿粉磨至平均粒度为 2μｍ 的超细粒度粒径分布范围为 10 2 ～10 4 ｎｍ．由扫描 电镜、能谱分析发现铁元素与磷元素在各个超细矿 粉颗粒中的含量分布并不均匀表明实现了 Ｆｅ、Ｐ 化合物的有效解离而常规细矿粉未实现矿中 Ｆｅ、Ｐ 的有效解离． （3）设计并制作了流化床装置对超细高磷赤 铁矿粉的流态化特征进行研究其流态化特征与常 规细粒度矿粉不同经历了 “沟流→有时形成节 涌→崩裂 （崩裂速度远超过理论初始流化速度临界 值 ）→聚团流化 ”四个阶段． （4）设计制造了气力分离实验装置对超细高 磷赤铁矿粉进行气力分离实验获得的富铁物料中 Ｆｅ品位有所提高、Ｐ含量有所降低而富磷物料中 Ｐ 含量有所提高、Ｆｅ品位有所降低初步实现了高磷 赤铁矿中铁元素和磷元素的分离． 参 考 文 献 ［1］ ＷａｎｇＨＹ．ＴｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｉｒｏｎｏｒｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｎＣｈｉｎａʾｓｉｒｏｎ ａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ．ＦｏｒｅｉｇｎＭｅｔＭｉｎｅ2002 27（5）：6 （王亨炎．浅谈铁矿石资源对我国钢铁工业的影响及对策．国 外金属矿山200227（5）：6） ［2］ ＣｈｉｎａＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＡｓｓｏ- ｃｉａｔｉｏｎ2006 （中国钢铁统计．北京：中国钢铁工业协会2006） ［3］ ＷｅｎＱ．ＳｔｕｄｙｏｎＤｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＩｒｏｎＩｎｃｒｅａｓｅｏｆＯｏｌｉｔｉｃ Ｈｅｍａｔｉｔｅ［Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ］．Ｗｕｈａｎ：ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ- ｇｙ2006：10 （文勤．鲕状赤铁矿提铁降磷工艺研究 ［学位论文 ］．武汉：武 汉理工大学2006：10） ［4］ ＷａｎｇＸＬ．ＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ：ＩｒｏｎｍａｋｉｎｇＰａｒｔ．Ｂｅｉｊｉｎｇ： ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ2000：80 （王筱留．钢铁冶金学：炼铁部分．北京：冶金工业出版社 2000：80） ［5］ ＦａｎｇＪＨａｏＳＪＬｉＺＧｅｔａｌ．ＴｈｅＮｏｎ-ｂｌａｓｔＦｕｒｎａｃｅＩｒｏｎｍａｋ- ｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＴｈｅｏｒｙ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ 2002 （方觉郝素菊李振国等．非高炉炼铁工艺与理论．北京：冶 金工业出版社2002） ［6］ ＨｕａｎｇＸＨ．ＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｍｅｔａｌ- ｌｕｒｇｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ1981：47 （黄希祜．钢铁冶金原理．北京：冶金工业出版社1981：47） ［7］ ＳａｗａＹＹａｍａｍｏｔｏＴＴａｋｅｄａＫｅｔａｌ．Ｎｅｗｃｏａｌ-ｂａｓｅｄｐｒｏｃｅｓｓｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙＤＲＩｆｏｒｔｈｅＥＡＦ．ＩＳＩＪＩｎｔ200141（Ｓｕｐ- ｐｌ）：Ｓ17． ［8］ ＮａｇａｔａＫＫｏｊｉｍａＲＭｕｒａｋａｍｉＴｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｐｉｇ-ｉｒｏｎ ｍａｋｉｎｇｆｒｏｍｍａｇｎｅｔｉｔｅｏｒｅｐｅｌｌｅｔｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃｏａｌａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａ- ｔｕｒｅ．ＩＳＩＪＩｎｔ200141（11）：1316 ［9］ ＧｏｓｗａｍｉＭＣ．Ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｖｏｌ- ｕｍｅｃｈａｎｇｅｄｕｒｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄｉｒｏｎ．ＳｔｅｅｌＲｅｓ 199768（12）：507 ［10］ ＹｏｕｓｓｅｆＭＡＭｏｒｓｉＭＢ．Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒｏａｓｔａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａ- ｔｉｏｎｏｆｏｘｉｄｉｚｅｄｉｒｏｎｏｒｅｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｆｅｅｄ． ＣａｎＭｅｔａｌｌＱ199837（5）：419 ·1058·